具体描述
本书是技工学校化工专业的统编教材。教材的内容与现行的初中化学教材相衔接，既注意了为后继专业课打好基础，又注意了为今后从事化工生产提供必要的理论知识。全书共分15章，1～8章主要是系统介绍无机化学中的基本概念和基础理论；9～15章主要是系统介绍重要的元素及其化合物，此外附有8个化学实验，总计需140学时。
本书保持了无机化学的科学体系，并根据技工学校教育特点，特别注意了理论联系实际，加强了知识转化为技能方面内容的选材，把教材内容的深度、广度与培养中级技术工人应具备的理论知识结合起来。为考虑各专业的要求不同，书中有些部分内容供选学用。
本书照顾了在职工人自学和培训的需要，在文字叙述上尽量做到由浅入深、循序渐进、通俗易懂、有利自学。
《材料科学基础》 内容简介 本书是为化学、材料科学与工程、物理学等相关专业本科生和研究生编写的综合性教材，旨在全面、深入地介绍材料科学领域的基础理论、基本概念和前沿进展。全书结构严谨，内容涵盖材料科学的宏观、微观以及介观层面，强调理论与实验的结合，帮助读者建立扎实的科学思维和解决实际工程问题的能力。 第一部分：材料科学导论与晶体结构 第一章：材料科学与工程概览 本章首先界定了材料科学与工程的范畴，阐述了材料在现代科技和社会发展中的核心地位。详细介绍了工程材料的主要分类，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料以及功能材料，并简要回顾了材料科学的发展历程。本章重点探讨了材料性能、结构、制备工艺与使用环境之间的内在联系，即著名的“材料四要素”关系模型。通过案例分析，展示了材料选择与设计在航空航天、能源、生物医学等尖端技术中的关键作用。 第二章：晶体结构基础 本章系统阐述了固体材料的微观结构，特别是晶体结构理论。从晶格、晶面、晶向等基本概念入手，详细讲解了晶体学中的欧拉角、布拉维点阵等理论工具。重点分析了常见晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）的几何特征、堆积密度和密排方向/面。随后，深入讨论了晶体结构缺陷的分类与表征，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。对位错的几何性质、滑移机制及其在塑性变形中的核心作用进行了详尽的数学和物理分析，为后续理解材料的力学性能奠定基础。 第二部分：材料的电子结构与热力学 第三章：材料的电子结构与化学键 本章聚焦于原子尺度的电子结构，解释了原子间形成化学键的本质。详细阐述了量子力学在描述原子轨道的应用，包括s、p、d、f轨道杂化理论。深入探讨了四种主要的化学键类型：离子键、共价键、金属键和范德华力，分析了每种键的特点及其对材料宏观性能（如熔点、电导率）的决定性影响。在此基础上，引入能带理论，解释了固体材料导电性差异的微观机理，区分了导体、半导体和绝缘体。 第四章：材料的热力学基础 本章系统地介绍了材料科学中的热力学原理。从吉布斯自由能、焓和熵等基本热力学量出发，推导了相平衡条件。重点分析了相图在材料研究中的应用，包括单组元相图（如水的相图）和二元合金相图（如Fe-C相图、Cu-Ni相图）。详细阐述了相图中各区域的物理意义，如固溶体、化合物的形成，以及固/液、固/固转变过程。通过热力学方法分析了材料的化学反应、扩散过程和热稳定性，为理解材料在高温或特定环境下的行为提供了理论工具。 第三章与第四章紧密结合，通过电子结构理解化学键，再用热力学解释宏观稳定性和相变趋势。 第三部分：材料的动力学与微观结构演变 第五章：材料的扩散 扩散是材料科学中一个至关重要的动力学过程，本章对此进行了深入研究。首先阐述了扩散的微观机理，区分了原子在晶格中的空位机制和间隙机制。详细讲解了菲克第一定律和第二定律，并给出了不同几何条件下的解析解，如无限扩散源和恒定表面浓度。讨论了扩散系数对温度的依赖关系（阿伦尼乌斯方程），以及晶界、位错等晶体缺陷对扩散速率的显著影响。本章还探讨了固态反应中的扩散耦合问题。 第六章：晶体形核与长大 本章关注材料从无序态向有序态转变的微观过程。系统阐述了均匀形核和非均匀形核的理论模型，包括临界形核半径、临界自由能的变化。接着，详细分析了固-液、固-固转变中晶粒的生长机制，包括界面迁移的驱动力与控制因素。本章还介绍了沉淀、析出相等导致材料强化和改性的动力学过程，强调了冷却速率和过冷度对微结构演变的影响。 第四部分：结构对性能的影响 第七章：金属材料的力学行为 本章核心在于连接微观结构与宏观力学性能。首先定义了工程力学中的基本概念：应力、应变、弹性模量和泊松比。详细分析了金属材料在单轴拉伸、压缩和剪切载荷下的响应，区分了弹性变形与塑性变形。重点研究了塑性变形的源泉——位错运动，包括位错的产生、交滑移和缠结。在此基础上，系统介绍了金属的强化机制：固溶强化、加工硬化（形变强化）、晶界强化（Hall-Petch关系）和沉淀强化。最后，讨论了蠕变、疲劳和断裂等与时间相关的力学行为。 第八章：陶瓷材料的结构与性能 陶瓷材料因其独特的化学键（离子/共价键为主）而表现出与金属截然不同的性能。本章首先介绍了陶瓷材料的晶体结构特点（如离子电荷平衡、配位数限制）。重点分析了陶瓷的脆性本质，解释了为什么陶瓷对裂纹的敏感性极高，并介绍了Griffith裂纹扩展理论。讨论了陶瓷的硬度、耐磨性、高温稳定性和介电性能。此外，还专门探讨了陶瓷的烧结过程，即如何通过控制粉末粒度和烧结温度来优化最终的致密度和性能。 第九章：高分子材料的结构与粘弹性 本章聚焦于高分子（聚合物）材料。从单体的合成与聚合反应（如自由基聚合、缩聚）入手，介绍了高分子的分子结构特征，如分子量、分子量分布、支化度和交联度。重点讲解了高分子链的构象、构型及其对性能的影响。深入剖析了高分子的粘弹性行为，解释了时间-温度等效原理，以及玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）对材料力学性能的决定性作用。内容还涉及高分子材料的加工技术和增强改性。 第五部分：功能材料与表征技术 第十章：半导体与电学性能 本章专注于信息时代基础材料——半导体的物理特性。回顾了能带理论，并详细区分了本征半导体与外掺（n型和p型）半导体的载流子浓度和迁移率。深入分析了pn结的形成、能带弯曲以及二极管和晶体管的工作原理。此外，还讨论了半导体材料的制备纯化技术，如区域熔炼和外延生长。 第十一章：磁学与光学材料 本章介绍了材料的磁学特性，从居里顺磁理论到铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观机制，重点讲解了磁畴、磁化过程和磁滞回线。讨论了软磁材料和硬磁材料的应用。在光学材料方面，阐述了光的吸收、发射和透射机制，涵盖了透明介质、光电效应和激光材料的基础概念。 第十二章：材料的表征技术 本章作为实践指导，系统介绍了现代材料研究中不可或缺的实验表征手段。详细介绍了结构表征技术，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析，透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）用于微观形貌观察。还包括化学成分分析技术，如X射线光电子能谱（XPS）和能量色散X射线光谱（EDS）。对热分析技术（如DSC, TGA）在研究相变和热稳定性中的应用也做了详细介绍。 全书贯穿着对“结构决定性能”这一核心思想的阐释，内容覆盖面广，理论深度适中，是理解和从事材料科学研究与工程实践的必备参考书。
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